Atom jest najmniejsza ilością pierwiastka chemicznego np. H, O, C.
a.j.m(u) atomowa jednostka masy określa 1/12 masy atomu izotopu węgla czyli 1u=1,66057*10-27 [kg]
Względna masa atomowa oznaczana jako MW jest to stosunek masy innego atomu wyrażony w kg do jednej a.j.m.
Mol jest to ilość materii, w której znajduje się taka sama liczba atomów lub cząsteczek jak liczba atomów zawarta w 0,012 kg izotopu węgla
Masa molowa M=NA*masa atomu=NA*MW*u
Koncentracja molekuł jest to liczba molekuł zawarta w jednostkach objętości.
Ruchy cieplne atomów i molekuł
Ciało stałe – ruch molekuł wokół punktu równowagi, regularnie (kryształy), inaczej ciało jest bezpostaciowe (ruch harmonijny)
Ciecze – odległości między punktami równowagi większe od ciał stałych. Molekuły poruszają się harmonicznie wokół poruszających się punktów równowagi.
Gazy – dużo większe odległości między punktami. Równowagi, molekuły zderzają się, ruch molekuł prostoliniowy.
Gaz doskonały to gaz w którym można zaniedbać oddziaływania pomiędzy molekułami z wyjątkiem oddziaływań występujących podczas zderzenia, dodatkowo zakłada się że te molekuły zderzają się sprężyście, bez strat energii.
Ciepłem nazywamy wymianę energii między chaotycznie poruszającymi się molekułami
Temperaturą nazywamy kierunek przekazywania energii w formie ciepła, przy zetknięciu 2 ciał o różnych temp. Ciepło jest przekazywane od ciała o większej temp. Do ciała o mniejszej temp.
Równowaga cieplna ma miejsce wtedy gdy między dwoma ciałami nie ma wymiany ciepła czyli ich temp. są równe.
Równanie stanu gazu doskonałego.
Układ termodynamiczny to mikroskopijny zbiór molekuł.
Stan takiego układu jest określany przez wielkości fizyczne mierzalne makroskopowo nazywane parametrami termodynamicznymi, (P,V,T).Czyli równaniem stanu gazu doskonałego nazywamy pewien związek który istnieje pomiędzy odpowiednimi parametrami tego stanu. PV/T=const
Prawo Awogarda.
Jednakowe liczby moli różnych gazów znajdujące się pod jednakowym ciśnieniem i w jednakowej temperaturze zajmują jednakową objętość. R=8,31 [J/molK]
Mieszanina różnych gazów.
Jeśli gaz jest mieszaniną różnych gazów to całkowite ciśnienie jest równe sumie ciśnień poszczególnych gazów wchodzących w skład tej mieszaniny.
Równanie stanu gazu doskonałego dla mieszaniny gazów. pV=(m/)RT
Molekuły gazu doskonałego są punktami i nie maja objętości.
Funkcja stanu nazywamy każda wielkość fizyczna która zależy tylko od stanu początkowego i końcowego, natomiast nie zależy od sposobu w jaki układ przeszedł z 1 stanu do 2.
I zasada termodynamiki
Zmiana energii wewnętrznej układu przy przejściu z 1 stanu do 2 równa się sumie pracy wykonanej nad układem i dostarczanego do układu ciepła. dU=dQ+dW
Ciepło właściwe jest to wielkość fizyczna równa liczbowo ciepłu, które należy dostarczyć do jednostki masy substancji aby podwyższyć jej temperaturę o 1 K. c=dQ/mdT
Ciepło molowe jest to wielkość fizyczna równa liczbowo ciepłu, które należy dostarczyć do 1 mola substancji aby podwyższyć jej temperaturę o 1 K. c=dQ/((m/)dT) cp-cv=R
Przemiany termodynamiczne gazu doskonałego.
Przemiana izochoryczna – V=const R/T=const Q=U=(m/)CvT
Przemiana izobaryczna – p=const V/T=const Q =(m/)CvT+pV
Przemiana izotermiczna – T=const pV=const Q= (m/)RTln(V2/V1)
Przemiana adiabatyczna Q=0 pVk=const W=(m/)Cv(T1-T2)
Liczbą swobodnych stopni ciała nazywamy liczbę niezależnych współrzędnych które należy podać aby całkowicie określić położenie ciała
Dostępna energia zależy wyłącznie od temperatury ciała i rozkłada się w równych porcjach na wszystkie sposoby w jakie cząsteczki mogą ja absorbować.
Średnia droga swobody jest to droga miedzy dwoma kolejnymi zderzeniami molekuł.
Dyfuzja jest to samoistne przebiegający proces wyrównywania koncentracji molekuł na wskutek ich ruchu cieplnego.
II zasada termodynamiki
Niemożliwe skonstruowanie jest silnika cieplnego który pobrane z grzejnika ciepło zamieniłby na prace.
Spr. Silnika cieplnego η=(Q1-Q2)/Q1=W/Q1
Zdolność emisyjna ciała e=(V,T)dv jest to energia promieniowania wysyłanego w czasie 1s z jednostki powierzchni pozostającej w temp. T, w postaci fal elektromagnetycznych o częstotliwościach w przedziale od v do v+dv
Zdolnością absorpcyjna powierzchni nazywamy liczbę wskazująca jaki ułamek energii padający na powierzchnie zostanie pochłonięty.
Zdolnością odbicia powierzchni nazywamy liczbę wskazująca jaki ułamek energii padający na powierzchnie zostanie odbity.
Ciałem doskonale czarnym nazywamy ciało dla którego zdolność absorpcyjna a(V,T)=1, r(V,T)=0, dla dowolnej częstotliwości pochłania całą energie jaka pada na ciało.
Zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego jest to stosunek e(V,T)/a(V,T)=Є(V,T) i jest dla wszystkich gazów jednakowy.
Prawo Stefana Boltzmana – E=GT4 G=(sigma)-stała=5,67*10-8 [W/m2K4 ]
Wzór Rayleigha Jeansa Є(V,T)=(2πr2/c3)kT
Wzór Plancka Є(V,T)=(2πhV3/c2)*1/(ehV/(kT)h3)
stała h=6,63*10-34 [Js]
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne polega na emisji elektronów z oświetlonego ciała w otaczającą przestrzeń.
Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne polega na wygenerowaniu w półprzewodniku nośnika prądu pod wpływem oświetlenia. Powoduje wzrost przewodności elektrycznej półprzewodników.
Zjawisko fotoelektryczne w gazach polega na jonizacji atomów i cząsteczek gazu pod wpływem promieniowania.
Stała Rydlerga R=1,0973731*107 [1/m]
Teoria Bohra Sommerfelda
1- Elektrony poruszają się w atomach nie tracąc energii w postaci fal elektromagnetycznych po orbitach takich że moment pędu elektronu I równy jest całkowitej wielokrotności stałej Plancka podzielonej przez 2π.
2- Przejściu elektronów z orbity o energii Em na orbitę o energii En towarzyszy emisja lub absorpcja protonu (kwantu promieniowania) o częstotliwości określonej wzorem En-Em=hV
Stanem podstawowym nazywamy stan o najmniejszej energii, w każdym innym stanie energia będzie większa (stany wzbudzone) a energia potrzebna do przeniesienia elektronu ze stanu podstawowego do stanu wzbudzenia nazywa się energią wzbudzenia.
Energią wiązania elektronów nazywamy bezwzględną wartość energii Ev na danej orbicie.
Funkcją opisującą proces falowy związany z ruchem cząstek nazywamy funkcją falową.
Zasada nieoznaczoności Heisenberga. Im dokładniej jest określone położenie cząsteczki tym mniej dokładnie określony jest jej pęd.
Orbitalny moment pędu względem osi z a tak naprawdę w dowolnym kierunku jest skwantowany i może przyjmowac0,+-h, +-2h….
Jeżeli jednej wartości energii odpowiada kilka niezależnych rozwiązań równań Szwidlinga to mówimy ze taki układ jest zdegenerowany.
W atomie wodoru każdy poziom energetyczny jest n2 – krotnie zdegenerowany.
Aby scharakteryzować stan elektronu w atomie należy podąć wszystkie trzy liczby kwantora
Stany o określonej liczbie magnetycznej tworzą powłoki elektronowe, a stany o określonej orbitalnej liczbie kwantowej półpowłoki.
Zjawisko Zemmera
Rozszczepienie pojedynczej linii widmowej nazywane jest strukturą subtelną linii widmowej.
Zakaz Pauliego mówi ze w atomie w danym stanie kwantowym nie może znajdować się więcej niż 1 elektron, 2 elektrony nie mogą mieć tego samego zespołu liczb kwantowych.
Dany sposób obsłużenia poziomów energetycznych przez atomy nazywany jest konfiguracją elektronu i oznaczamy Lk, k-liczba elektronów na powłoce.
Określenie położenia atomów względem siebie nazywamy położeniem węzłowym.
Jeżeli położenia atomów wykonują okresowe położenie w przestrzeni to takie ciało nazywamy kryształem.
W przypadku chaotycznego położenia atomów mówimy o ciałach bezpostaciowych.
Jeżeli uporządkowanie atomów występuje w całym ciele to mówimy o monokrysztale.
Jeżeli nieruchome położenie atomów występuje tylko wewnątrz ciała to mówimy o polikrysztale.
Siły międzyatomowe
Wiązania jonowe są to wiązania silne. Kryształy charakteryzują się dużą twardością i wysoką temperaturą topnienia. Wiązania te nie mają wyróżnionego kierunku w przestrzeni. Brak elektronów swobodnych powoduje, że są one złymi przewodnikami ciepła i elektryczności.
Wiązania walencyjne (H2) Uwspólnienie elektronu tzn. można rozróżnić który elektron należy do danego atomu i zachowuje się tak jakby należał jednocześnie do obu atomów. Powstaje na skutek oddziaływania elektronów walencyjnych, jest to wiązanie silne, występuje w kierunku największej części chmury elektronowej, kryształy twarde i nie podatne na odkształcenia, typowe wiązanie kryształów półprzewodnikowych, ma charakter kierunkowy.
Wiązania metaliczne występują w pierwiastkach które mają mało elektronów walencyjnych. Atomy mogą zmieniać położenie czyli metale są plastyczne, jedne atomy można zastąpić innymi umożliwia to tworzenie stopów, są nieprzeźroczyste, nie są kierunkowe.
Wiązania molekularne np. kryształy gazów szlachetnych oprócz helu, zachodzą na skutek dipoli elektrycznych. Są to wiązania słabe kryształy podatne na odkształcenia, topią się w niskich temperaturach, zła przewodność prądu elektrycznego i ciepła, łatwo palne, bardzo słabe.
Wiązania wodorowe min. w cząsteczce wody. Jeżeli w sąsiedztwie atomu wodoru znajdują się dwie molekuły elektroujemne, elektron z atomu wodoru łączy się na przemian z obydwoma molekułami, łącząc je ze sobą.
Maksymalną energię jaką może uzyskać gaz elektronowy w temp. 0 K nazywamy energią Fermiego EF.
Powierzchnia w przestrzeni pędów nazywana jest powierzchnią Fermiego PF=(2mEF)1/2.
Funkcja określająca prawdopodobieństwo obsadzenia przez elektron poziomu energetycznego o energii E nosi nazwę funkcji Fermiego-Dinera.
W danej temp. T>0oK poziom Fermiego określany jest jako poziom którego prawd. Obsadzenia jest = 0,5.
Dozwolone przedziały elektryczne w ciele stałym nazywamy pasmami energetycznymi.
Pasmo walencyjne to pasmo na, które rozszczepia się poziom walencyjny stanu podstawowego atomu.
Pasmo przewodnictwa jest to najbliższe w stosunku do walencyjnego pasmo stanów wzbudzonych elektronów.
Półprzewodniki : B,C,Si,P,S,Ge,As,Se,Sn,Sb,Te,I
Półprzewodniki czyste chemicznie to półprzewodniki samoistne, półprzewodniki do których wtrąca się atomy obce to półprzewodniki domieszkowe
Związki chemiczne : GaP, GaAs.
